基于無線傳感網的嵌入式遠程測控系統研究

摘要：物聯網被視為繼計算機、互聯網和移動通信網絡之后的第三次信息產業浪潮，其中集傳感器技術、嵌入式技術、網絡通信技術以及數據處理技術于一體的傳感網已成為構建“智慧地球”的核心技術之一。為了順應未來測控技術的發展趨勢且帶給人們一種更智能的生活模式，該文旨在提出一種基于無線傳感網的嵌入式遠程測控系統的整體架構與技術解決方案，并成功利用此方案實現了一智能家居系統。該系統具有良好的實時控制特性、寬廣的監測范圍與廣泛的可適應性等優點。
關鍵詞：傳感網；遠程測控；嵌入式系統；微處理器

0 引言
近年來，一種被稱為無線傳感器網絡的新型網絡出現了。這種由多個具有計算處理、無線通信、傳感或控制能力的單節點構成的無限傳感器網絡是當前國際上倍受關注的、多學科前沿熱點研究領域，它具有信號采集、實時監測、信息傳輸、協同處理、信息服務等功能，使網絡技術得到了極大的拓展，并使通過網絡實時監控各種環境和設施成為可能。傳感網是物聯網的核心，主要應用于物聯網中的信息感知層，用于跟蹤、監測和決策支持，實現智能感知和管理。
嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適用于應用系統對可靠性、成本、體積、功耗等功能有嚴格要求的專用計算機系統。它一般由硬件和軟件組成。其中，硬件包括嵌入式微處理器和外圍設備；軟件包括嵌入式操作系統與特定的應用程序。嵌入式技術可廣泛用于對其他設備的控制、監視或管理功能。
測控技術指對某一特性的監測與控制。遠程測控指管理人員在異地通過計算機網絡聯通需被控制的設備，通過本地計算機對遠方設備進行查詢、配置、修改等工作。遠程測控技術能夠實現辦公自動化與工業自動化的無縫連接，且已成為新興的研究熱點。隨著網絡的需求與發展，B／S模式迅速發展。利用此模式，客戶端只需安裝Web瀏覽器即可簡單通過瀏覽器從Web服務器上下載程序到本地來執行，由此實現遠程測控。
計算機技術、通信技術和微電子技術的飛速發展，讓測控系統領域也正在進行著一場巨大的變革，網絡化和信息化已經成為了測控系統的發展方向。綜合傳感網技術、嵌入式技術與工業測控技術，構建一個基于Web方式的遠程測控系統可使測控產品的實時性、安全性、可維護性等方面得到大幅度的提高，同時也更利于實現集中監視、統一調度與優化管理。本文結合各項技術介紹了一個基于Web方式的嵌入式遠程測控系統，并利用該方案成功實現了一智能家居系統。

1 遠程監控系統的總體結構設計
基于Web方式的嵌人式遠程測控系統的基本架構如圖1所示。該遠程測控系統主要由嵌入式測控單元、本地服務器與遠端管理主機這三部分組成。

位于最底層的嵌入式測控單元主要分布在各個測控節點上，由中央處理器、傳感器、執行器、網絡接口、GPS模塊、GPRS模塊等組成，負責采集現場的環境參數，并將各參數與設定值比較，若超出規定范圍，則會利用報警器報警，并讓各執行器工作，以獲得正常參數范圍，且將測試數據通過訂制協議傳送到本地服務器，從而到達遠端管理器顯示。GPS模塊可清楚定位發生故障的設備，GPRS模塊作為無線收發模塊可在有線網絡出現故障時實現高質量的數據傳送，為把嵌入式系統應用到遠程測控系統中提供了非常現實可行的意義。
位于中間作為橋梁的是本地服務器，主要接收各測控單元上傳的監測參數，并保存到數據庫中，定時查詢與分析測控單元的狀態，如果發現它出現錯誤，則立即短信通知用戶。同時，服務器也需定時將數據庫中的數據及時反饋給遠端管理器，使用戶在第一時間監測到各測控設備的情況，并實現管理器對各測控單元的操作。